Металлическая окалина где взять

Обновлено: 04.10.2024

Ржавым лаком называют составы,вызывающие усиленное ржавление поверхности стали,с образованием магнитной окиси железа.Они представляют собой кислые растворы солей железа,содержащие иногда соли ртути и некоторых других тяжелых металлов.
Состав "ржавого лака" на 2 литра воды.
Соляная кислота . 100мл
Азотная кислота . 130-140мл
Окалина железа(дробленная)..300гр
Железная стружка. 80гр
Процесс приготовления состава такой же ,как в моем топике"Воронение стали".
Обезжиренную деталь намазывают составом "ржавый лак",выдерживают час при темпнратуре 35-40 градусов и влажности воздуха около 70%.Затем деталь вываривают в Питьевой Воде или дистиллированной,но не из под крана. Воду надо подкислить азотной кислотой (1 г/л). После выварки деталь сушат и обрабатывают крацевочной щеткой,изготовленной из проволоки ,толщиной 0,1-0,15 мм.После крацевания деталь обрабатывается опять расвором,процесс повторяется не менее четырех раз. После четвертого раза деталь в течении пяти минут варится в машинном масле при 110 градусах. При этом,вся влага из детали (резьба и т. д.) удаляется и оксидная пленка пропитывается маслом.
Это самое стойкое и прочное воронение. Если оно сделано хорошо,деталь практически не ржавеет. Не ржавеет потому,что это покрытие и есть ржавчина,только чернрго цвета. Конечно примитивное сравнение,но в конечном итоге это так.

Олег, скажи, пожалуйста, вот такую вещь.

Я тут недавно напопролся на книжицу 30-х годов про защитные покрытия на металлах в военном машиностроении. Там было указано что при оксидировании больших стальных деталей на советском стрелковом оружии используется исключительно щелочное оксидирование. Как "глянцевое" так и "матовое", изложена полная технология.

В то же время ты утверждал когда то, что мол именно "ржавй лак" использовали всегда на "Ижмаше".
Однако, как известно, "ржавый лак" дает хотя и прочное покрытие, но с коричневатым оттенком. Такие стволы, кстати, на твоих любимых маузерах.

Но вот всё советское стрелковое оружие времён войны, которое приходилось видеть, имело строго чёрный цвет. Именно такой, какой дает щелочное.
Как ты это прокоментируешь? Что же все таки использовалось в советском оружейном производстве?

И ещё.
Ты как то раньше, в описании своего процесса покрытия "ржавым лаком" утверждал что используешь смесь окалины: чугунную и стальную. Чем они отличаются?
Я так понимаю, что при окислении металла, избыточный углерод, сера и фосфор чугуна просто связывается кислородом и уходит в виде газа. Эти неметаллы при таких температурах просто не смогут остаться в виде твёрдых включений в "порошке" окалины.
Таким образом получается без разницы, из чего получать окалину, из чугуна или конструкционной стали обыкновенного качества (низколегированной).

З.Ы. Вопросы носят чисто теоретический характер, так что не обижайся на меня по привычке 😛

tex
Олег, скажи, пожалуйста, вот такую вещь.
при оксидировании больших стальных деталей на советском стрелковом оружии используется исключительно щелочное оксидирование.

Е :В военное время естественно. Щелочное по времени 1-1,5часа,кислотное 8 часов.
В то же время ты утверждал когда то, что мол именно "ржавй лак" использовали всегда на "Ижмаше".
Однако, как известно, "ржавый лак" дает хотя и прочное покрытие, но с коричневатым оттенком. Такие стволы, кстати, на твоих любимых
маузерах.

Е:"ВСЕГДА",я не утверждал. И речь шла о Ижевском механическом заводе. Технологическая карта,с которой я давал советы,подписана тогда еще гл.инженером завода Чугуевским. "Ржавый лак"не может дать коричневатый оттенок. В зависимости от добавок в смесь кислот,при приготовлении "лака",получается оттенок от черного до черно-синего. Сейчас например,"на выходе"у меня получается черный с фиолетовым оттенком. Мои любимые маузеры оксидированы "щелочью",отсюда коричневатый оттенок. А книга,про которую идет речь,скорее всего описывают метод,появившийся в 1929-1930г с названием "Ситоксид","Бартоксид"
Но вот всё советское стрелковое оружие времён войны, которое приходилось видеть, имело строго чёрный цвет. Именно такой, какой дает щелочное.
Как ты это прокоментируешь? Что же все таки использовалось в советском оружейном производстве?

Е:Я не историк,я оружейник,во время войны меня еще не было. Я могу делать руками ,комментатор и собеседник я плохой. Специфика,понимаешь ли,большую часть дня мне приходится молчать.
И ещё.
Ты как то раньше, в описании своего процесса покрытия "ржавым лаком" утверждал что используешь смесь окалины: чугунную и стальную. Чем они отличаются?

Е:В описании процесса изготовления "Ржавого лака",я писал: СМЕСЬ из ОКАЛИНЫ и ЧУГУННОЙ СТРУЖКИ. Хочется делать по иному,пожалуйста,эксперементируйте. Я проверил на своей шкуре,что такое взять не стружку углеродистой стали ,а к примеру стружку Ст.40Х
Таким образом получается без разницы, из чего получать окалину, из чугуна или конструкционной стали обыкновенного качества

Е:Читай ВЫШЕ.
З.Ы. Вопросы носят чисто теоретический характер, так что не обижайся на меня по привычке 😛

Раз уж зашла речь о "щелочном оксидировании",про которое я не писал в виду трудности этого метода в полудомашних условиях,хочу немного добавить по оттенкам.
Основным компонентом в растворе для "щелочного"оксидирования является щелочь - едкий натр(каустическая сода).
В качестве окислителей применяется обычно натриевая селитра(нитрат натрия)или нитрит натрия,а также калиевая селитра,двуокись марганца,окись свинца и хроматы щелочных металлов.
Кроме окислителей в раствор рекомендуются добавлять буру,хлористые и щавелевокислые соли щелочных металлов.Цель добавок - получение более устойчивых и лучше окрашенных пленок. Добавление щавелевокислых солей сообщает оксидному покрытию красивый синеватый оттенок.
Потом,при применении разных окислителей ,внешний вид может сильно отличаться. К примеру,нитраты щелочных металлов дают матовую пленку с черным оттенком. Нитриты способствуют получению более блестящей синевато-черной пленки,хроматы калия дают черную пленку с красноватым оттенком.
При не соблюдении технологического процесс можно легко получить брак в виде КРАСНОГО налета. Такое происходит при повышении концентрации едкого натра при уменьшении в растворе содержания окислителей или при повышении температуры раствора. Я проходил это на своей шкуре. Что слышал где-то,я не пишу.

tex
----
Я тут недавно напопролся на книжицу 30-х годов про защитные покрытия на металлах в военном машиностроении. Там было указано что при оксидировании больших стальных деталей на советском стрелковом оружии используется исключительно щелочное оксидирование. Как "глянцевое" так и "матовое", изложена полная технология.
---------------------------------------------
Вам несложно будет ее отсканировать?
С уважением.

errrero,
молодец, хорошо ты подкован в этом предмете! Я то сам лично никогда ничего не воронил, так интересовался по ходу дела что и как, больше из любознательности, чем от практической надобности 😊
Однако, во многих книгах почему то "ржавый лак", если и упоминается очень редко, то лишь как коричневатое покрытие. Может авторы передерают друг у друга это годами? Такое случается.
Насчет стружки. Ты упомянул марку легированной стали, там конечно всё будет отличаться ещё как. Я же говорил о стали обыкновенного качества самой широкораспространённой - конструкционной, кипящей, п/кипящей, спокойной типа Ст2, Ст3 и т.п. Это практически тот же чугуний, только без углерода, серы и фосфора.

З.Ы. Кстати, не знаешь, Чугуевского ещё на пенсию не выгнали из директоров? Он там рулил в начале 90-х уже, насколько я помню.

Альпенист
Сложно, поскольку она не моя, а листал я её как то в библиотеке, по случаю, увидел в читальном зале, кто то сдавал. Я и попросил полистать. Снова туда не скоро попаду.
Вообще то химия не мой профиль. Каждому своё 😊

For errrero:
Вопрос: как ТОЧНО называется коричневое покрытие на выбрасывателе, курке и предохранителе (шептале и спусковой тяге с рычагом взвода) пистолета ПМ. Что это за покрытие? Почему-то, всегда думал, что это ржавый лак.

Андрей К
For errrero:
Вопрос: как ТОЧНО называется коричневое покрытие на выбрасывателе, курке и предохранителе (шептале и спусковой тяге с рычагом взвода) пистолета ПМ. Что это за покрытие. Почему-то, всегда думал, что это ржавый лак.

Слышал термин "фосфатирование",что есть-не знаю.Чтобы курок не блестел,покрываю его любым раствором для скоростного оксидирования,сейчас в тумбочке стоит Birchwood.

Коричневатое покрытие может быть, конечно, чем угодно 😊
Я же думаю что это может быть какая нибудь химико-механическая обработка, навроде цементации, азотирования и т.д. т.е. термообработка лишь поверхностного слоя с последующей его закалкой и отпуском. Это применяется для придания поверхностному слою детали нужной твёрдости и стойкости к механическому воздействию, например, истиранию.
В то время как "сердцевина" детали остается достаточно вязкой, а не хрупкой как цельнокалёная деталь. Тем самым деталь хорошо противостоит одновременно и другим, например, ударным нагрузкам.

Андрей К
For errrero:
Вопрос: как ТОЧНО называется коричневое покрытие на выбрасывателе, курке и предохранителе (шептале и спусковой тяге с рычагом взвода) пистолета ПМ. Что это за покрытие? Почему-то, всегда думал, что это ржавый лак.

Если точно - ЩЕЛОЧНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ,на заводах называют ХИМОКС.
Вопрос,который Вас интересует: Почему рама черная,а выше перечисленные детали красного-коричневого цвета.
Ответ прост. Вам приходилось видеть развертки для металла и сверла по дереву точно такого цвета? Они сделаны из стали 9ХС.Видели ли Вы такого цвета выбрасыватель на Маузере? Все эти предметы делаются из легированной стали,остальные детали на Вашем фото сделаны из углеродистой. Первый признак,что оксидирование сделано щелочным составом, красно-коричневый или красно-фиолетовый цвет. У кого есть карабин "Беркут" могут увидеть много такого цвета деталюшек.
При оксидировании составом "ржавый лак",девайс на фото будет иметь глубокий черный цвет,независимо от марки стали.

Да,с "кислотного"перешли на "щелочное".
Довесок.Углеродистые стали при щелочном оксидировании приобретают глубокий черный цвет. Чугун и некоторые специальные марки стали с высоким содержанием кремния при оксидировании окрашиваются в коричневый цвет с оттенками от золотисто желтого до темно-коричневого,в зависимости от продолжительности процесса.Детали из некоторых легированных сталей приобретают фиолетово-красноватый оттенок.
Блестящие оксидные покрытия получаются в менее концентрированных растворах.
Матовые пленки получаются в очень концентрированных растворах при высоких температурах,когда поверхность стали при оксидировании частично подвергается травлению.

Кто в серьез хочет научиться делать качественное воронение,предлагаю потерпеть пару недель,пока чуть теплее у нас станет,"сделаем вместе",от А до Я. В большенстве книг и статьях в оруж.журналах пишется,да не все договаривают. Умышленно или по не знанию,не мне судить. "Вместе" сделаем "ржавый лак",весь процесс обезжиривания и воронения. Лучше один раз увидеть.
На фото Браунинг А-5 оксидированный "ржавым лаком". Почему ржавый лак так называется,поймете позже,когда покажу весь процесс.

Как я понял за эти 2-3 недели страждущие должны запастись как минимум, азотной и соляной кислотой, окалиной(кузня по минимуму),
Ну и шламом, можно собрать магнитом из под сверлильного, (хуже токарного станка).
Дурдом, но проблема с химией.
Ждемс продолжения.

Подышав слегка парами азотной кислоты, можно запросто коньки отбросить.
Да и вообще, боюсь, химия это не для широких масс занятие. Сами то химреактивы как раз не проблема достать. А вот оборудовать грамотно место работ, чтобы все операции были бы проделанны безопасно, это помоему труднее достичь.
Даже опытные люди нередко получают незаживающие ожоги, увечья, а иногда и мрут от таких занятий. Чего же тут о новичках зелёных говорить? Химические опыты это всё же не слесарное дело!

Пусть химики-профи выскажутся, насколько это всё безопасно для неофитов?

На самом деле,ничего опасного нет. Я при вас буду делать "ржавый лак",обезжиривание ,оксидирование. То,что вы сделаете,будет служить вам много лет. Состав не боится замораживания,при испарении(если летом забудете закрыть)дольете водой,не боится времени(пользуюсь одним литром по году,дальше кончается раствор. Я свободно иногда окунаю пальцы с деталюшкой в раствор и ничего не происходит.
Хуже,когда вы платите немалые деньги за импортные средства,после которого ваше "воронение" стирается рукой.
Я не кого не заставляю учиться. Но помню себя,сколько времени и труда затратил на поиск хорошего,рабочего раствора.
Запастись надо: Азотная к-та - 50мл
Соляная к-та -50 мл
1 литр дистиллированной воды
Окалина металла 50 гр
Стружка или опилки углеродистой стали(Ст.45 ;Ст.У8 и т.д.)-50гр
Но наилучший результат дает опилки чугуна.Возьмите чугунную деталь,посверлите ее,все соберите. В чугуне углерода больше,чем в стали,а это нам и нужно. У нас теплеет,возможно на этой неделе начну фотографировать.

For errrero:
Вопрос (опять же, на эту тему):
Обратил внимание, что на ПМах, указанные мной детали красно-коричневого цвета (как на фото), а на различных его клонах газовых ИЖ-79, ИЖ-79-9Т просто чёрные. Осмотрел по случаю 20 служебных ИЖ-71, оказалось, что на 5-ти, спусковая тяга с рычагом взвода, шептало и курок коричневые, а на остальных 15-ти чёрные(!?). Подчёркиваю, что на осмотренных мной ПМах, детали ТОЛЬКО коричневые (кроме флажка предохранителя изготовленных по упрощённой технологии на новых пистолетах выпуска с 90-х).
Как Вы думаете почему? Либо металл, применяемый для изготовления деталей боевого оружия и его клонов разный, либо при клонировании, применяется чуть другая (упрощённая) технология.
Вот ещё непонятный факт: на курке боковые плоскости коричневые, а остальная поверхность чёрная (ну или почти). Даже выемка (в виде чуть вдавленной окружности) на правой плоскости курка черная, а вся остальная плоскость коричневая. Флажок предохранителя коричневый только снаружи, внутри же чёрный. Чудеса.

Андрей К
For errrero:
металл, применяемый для изготовления деталей боевого оружия и его клонов разный, либо при клонировании, применяется чуть другая (упрощённая) технология.
Вот ещё непонятный факт: на курке боковые плоскости коричневые, а остальная поверхность чёрная (ну или почти). Даже выемка (в виде чуть вдавленной окружности) на правой плоскости курка черная, а вся остальная плоскость коричневая. Флажок предохранителя коричневый только снаружи

На вашем фото ПМ старого выпуска. Коричневые детали изготовлены фрезеровкой из легированной стали. В настоящее время,на мой взляд их отливают методом центробежного литья или литья под давлением из углеродистой стали. Я рассматривал эти детали на оружии разных годов выпуска,на милицейских и служебных ИЖ-71.
На легированной стали щелочным способом крайне трудно сделать черное воронение,если что то получится,то быстро сотрется до коричневого.
Я не работал на отечественных заводах,мне трудно точно сказать как и чем что делалось. Могу судить только из собственного опыта. Что делал и что держал в руках,о том и говорю. О чем читал,о том умалчиваю.

Если я скажу,что сделать качественное воронение,что два пальца . ссать,я совру.
Тому,кто хочет научиться делать лучше,чем делают по крайне мере на наших ор.заводах,необходимо еще сделать следующее,можно в других вариантах. Например я буду переделывать ванны для выварки деталей. Делались они на скорую руку,так как не было уверенности,что что то получится.
1)Общий вид
2)Справа мотор с щеткой для крацевания,слева самая верхняя ванна для щелочного обезжиривания,ниже ванны для промывки изделия
3)100мм в диаметре труба с ТЭНом от самовара,ее буду делать новую.

For errrero:
Спасибо за ответы! (т.е. знания!)
Вывод: раньше на детали шла легированная сталь, а нынче всего-лишь углеродистая. 😞

Хлопцы,завтра будем делать "ржавый лак".
Желающие научиться делать оксидирование на пять с плюсом приготовьте соляную и азотную кислоту и остальные компоненты.

Железная окалина и её виды, применение

Смесь оксидов железа, образовывающаяся при взаимодействии кислорода с раскалённым металлом, имеет обобщённое название — железная окалина. Она состоит из Fe3O4, FeO и Fe2O3 (магнетита, вьюстита и гематита соответственно) и представлена двумя легкоотделяемыми друг от друга слоями. При их суммарной толщине до 40 нм окалина невидима невооружённому взгляду, свыше 40 и до 500 нм — выдаёт себя цветами побежалости (радужным отливом). Постоянный же окрас появляется, если слой железной окалины на металле превышает 500 нм.

Состав

Наружный слой оксида железа — гематит. Он обладает большой твёрдостью (1030 ед. по шкале Виккерса), абразивностью и очень плохо растворяется в кислотах. Под ним в условиях частичной нехватки кислорода формируется более мягкий и почти нерастворимый в кислотах магнетит. Ближе всего к металлу находится рыхлый и мягкий вьюстит, который легко поддается устранению механическим путём или кислотным травлением.

Толщина каждого из трёх слоёв зависит от температуры обработки стали. Так, при превышении порога в 570 °C образуется чётко выраженная трёхслойная структура окалины. Дальнейшее повышение температуры ведёт к увеличению толщины вьюстита. Если же сталь обрабатывается при температурах ниже 570 °C, то в составе окалины преобладают магнетит и гематит.

По цвету железной окалины можно определить температуру обработки стали. Так, при температуре в 700–750 °C в составе окалины больше гематита, из-за чего она приобретает рыжевато-красный оттенок. Образовавшийся при высокотемпературном (900–1000 °C) прокате слой оксидов из-за более высокого процента вьюстита становится чёрным.

Особенности

Твёрдость окалины сочетается с её хрупкостью, из-за чего вкрапления оксида внутри структуры металла резко понижают его эксплуатационные характеристики. По этой же причине железная окалина не может быть использована в качестве защитного покрытия, хоть она и не взаимодействует с кислородом. Более того, в месте скола оксидов наблюдается усиленное окисление стали, что происходит из-за разности потенциалов окалины и стали. По этой причине её удаляют с готового проката.

Удаление окалины

Слой оксидов железа с прокатной стали удаляют со стальной заготовки несколькими способами.

механическая;
химическая;
электрохимическая.

Возможно также сочетание вариантов.

Механическое воздействие на прокат сводится к пропуску проволоки или листа с окалиной через ряд роликов. При этом достигается частое изгибание заготовки, под воздействием которого железная окалина рассыпается на отдельные чешуйки и осыпается с металла. Для финишной очистки могут быть использованы абразивы, наждачные ленты, щётки из проволоки.

Достоинством этой технологии является сравнительная дешевизна и экологичность. Но поскольку отказ от смазки при такой обработке нецелесообразен, это приводит к замасливанию железной окалины, что затрудняет дальнейшую её переработку.

Химический и электрохимический способы очистки стали называют травлением. Для этих целей используются серная и соляная кислоты, реже — фосфорная, азотная, плавиковая или их смесь. Главными недостатками такого способа является одноразовое использование травильных растворов (не восстанавливаются) и низкий спрос на побочный продукт преобразования окалины — железный купорос. По этой причине травление применяется довольно редко, и ему обычно предшествует механическая очистка проката от окалины.

Применение окалины

Опытными кузнецами давно было примечено повышение сопротивляемости металла коррозии при формировании на нём тонкого слоя окалины. Сейчас же воронение оружейной стали используется лишь в качестве декоративной отделки. Её цвет зависит от способа обработки (кислота, щёлочь, температура) и толщины оксидной плёнки, составляющей от 1 до 10 мкм.

Прокатная окалина, удельный вес которой достигает 3% от общего веса готовых изделий, является ценным сырьём для металлургического производства за счёт высокого содержания (до 75%) в ней железа. Основное направление её переработки — очистка от примесей и восстановление, после которого она превращается в низкоуглеродистую сталь.

Некоторые составы окалины успешно применяются в качестве красящих пигментов и активно используются в строительстве. Также из окалины производится железный порошок, применяемый в металлургии, при изготовлении самонагревающихся смесей и даже в пищевой промышленности.

Химический состав этого отхода металлургической промышленности стандартизирован. Её стоимость может колебаться в зависимости от преобладания определённых видов окислов и количества примесей. Усреднённая цена на начало 2019 года составляла 50 американских долларов за тонну железной окалины.

Железная окалина

На поверхности изделий, получаемых путем горячей прокатки, присутствует железная окалина. Ее возникновение обусловлено особенностями данного производственного процесса. Окалина значительно сокращает коррозионную стойкость материала и усложняет последующую обработку, поэтому необходимо полное ее удаление.

Процесс образования

Рассматриваемое покрытие представлено продуктом окисления металла. Его формирование связано с высокими температурами и происходит при обработке металла температурой либо давлением. Прокат в любом случае покрыт окисным слоем. Он образуется на открытом воздухе в сухих условиях в виде пленок. Изначально они невидимы даже под микроскопом. Под термическим воздействием толщина окисного слоя возрастает до видимых размеров. Железной окалиной называют толстое покрытие, формирующееся при термическом воздействии в условиях открытого воздуха.

Состав формирующих его окисных соединений и структура определяется многими факторами: маркой стали, температурой, условиями среды, режимом термообработки, наличием и количеством окислителей.

Они представлены гематитом, магнетитом, вюститом. Первые два оксида железа характеризуются большой плотностью и соединены промежуточной структурой. Вюстит наоборот представлен пористым соединением. От названных выше оксидов он отличается большей диффузинной проницаемостью. Вюстит имеет с ними непрочную связь.

Структура железной оксидной пленки определяется окружающими условиями и температурой. Так, в кислородосодержащей среде при нагреве более 570 °C и быстром охлаждении формируется трехслойное покрытие. Внешний слой представлен гематитом, следующий – магнетитом и внутренний – вюститом. Как было отмечено, первые два имеют кристаллическую структуру и прочно взаимосвязаны. Внутренний слой пористой структуры непрочно контактирует с ними. Это обуславливает малое электросопротивление железной оксидной пленки и легкое ее отслаивание.

Для образования трехслойной окалины на металле необходимо соблюдение трех названных условий: высокой концентрации кислорода, температуры в 570 °C, быстрого ее снижения. Иначе формируется двух- или однослойная железная окалина.

Так, при меньшем нагреве слой вюстита получается тонким. В случае формирования железной окалины при высокой концентрации пара либо окислов углерода при малом количестве кислорода и температурах более 1000 °C гематит восстанавливается, вследствие чего отсутствует в составе. Таким образом, соотношение слоев напрямую определяется температурой. Так, при 700 °C толщина вюстита составляет 100 мкм, в то время как для магнетита и гематита – 10 и 1 мкм соответственно. Другими словами, состав железной окалины в значительной степени зависит от температуры. Так, при 700-900 °C она представлена почти на 90% вюститом, примерно на 10% магнетитом и менее чем на 1% гематитом. При большем нагреве и избытке кислорода происходит замещение вюстита гематитом.

В любом случае формирование слоев железной окалины происходит последовательно в соответствии с их расположением. При охлаждении вюстит утрачивает устойчивость и распадается до железа и гематита. Ввиду этого пленка обретает гематит-магнетитовый состав. При восстановлении гематит и магнетит переходят в железо и воду. Следовательно, в результате получается прокатная окалина, состоящая из железа.

Выше приведены основные закономерности и факторы возникновения железной окалины. В промышленных условиях процесс ее образования весьма сложен и может происходить неоднократно.

Методы удаления

Удаление окалины осуществляют тремя способами. Механический метод включает следующие варианты: пропускание материала через ряд роликов, обработку дробью и прочими абразивными материалами. Первая технология основана на деформации металла скручиванием, изгибом, растяжением. Такой способ позволяет убрать большую часть окалины. Его считают черновой обработкой, и после очищают материал дополнительно. Во втором случае осуществляют механическое воздействие на железную окалину металлической дробью, песком и прочими абразивными материалами. Наконец, существуют механизированные технологии, связанные с применением микрорезцовых инструментов, проволочных щеток, наждачных лент и т. д.

Химические методы подразумевают обработку деталей в кислотах, солях, щелочах, называемую травлением. При этом большое значение имеет растворимость составляющих железную окалину соединений в кислотах. Так, вюстит легко подвержен ему, в отличие от магнетита. Гематит считают нерастворимым. Травление дифференцируют на химическое и электрохимическое. Далее рассмотрены некоторые варианты.

Травление серной кислотой связано с образованием водорода и проникновением его в металл, что ведет к водородной хрупкости, снижающей механические параметры и затрудняющей последующую обработку материала. Поэтому с целью сокращения наводораживания приходится долго выдерживать металл по завершении травления либо нагревать при сушке. К тому же во избежание разрушения металла кислотой после растворения железной окалины используют ингибиторы. Нужно отметить, что в нагретом растворе сталь разрушается быстрее.

Травление соляной кислотой идет по тем же закономерностям. Однако, в отличие от серной, для этого не требуется нагрев. Напротив, при температуре более 40°C выделяются хлороводородные соединения. В процессе травления формируются хлористые соли железа. В целом обработка соляной кислотой, в сравнении с серной, обеспечивает лучшую очистку при меньшем наводораживании стали.

Электрохимический способ существенно повышает скорость очистки металла от окалины и сокращает водородную хрупкость, а также расход раствора. Его дифференцируют на анодный, катодный и смешанный варианты.

Выбор способа очистки определяется многими факторами, среди которых состав изделия, целевые параметры, последующая обработка и т. д.

Чистое железо

Чистое железо найти невозможно. Даже в железной руде присутствуют различные примеси. И потому профессор В. С. Меськин в труде о производстве высококачественной стали утверждал, что мы до сих пор не знаем до конца все технические свойства чистого железа, ведь даже в лабораторных условиях его еще ни разу не получали.

И действительно, большинство данных были получены на недостаточно чистых образцах, поэтому в современных условиях эти сведения устарели. Потому мы можем достоверно говорить лишь о технически чистом железе. При этом востребованность стали особой чистоты в отдельных отраслях подразумевает более пристальный интерес к получению этого материала. Но возможно ли это?

История изучения чистого железа в природе

Коммерческий словарь, переведенный с французского Василием Левшиным в конце XVIII века, упоминает о самородном железе, чистота которого позволяет выковать из него готовые изделия, не переплавляя. Металл, о котором идет речь, был привезен из Сенегала, где его находили в виде больших глыб. В России, по словам авторов словаря, местом находок подобного «чистого» железа (как на фото) часто служила Сибирь.

В 1870 г. Норденшельд открыл большие залежи самородного железа на острове Диско (Гренландия). Металл нашли в базальтовой породе среди залежей каменного угля. Это были как мелкие зерна и блестки, так и крупные самородки. Встречались такие виды, как природное «сварочное железо» или «натуральная сталь».

Также природное железо нашли у Касселя в Германии и во французской Оверни. Обнаруженная в Коннектикуте (США) и пролегавшая в слюдяных сланцах жила имела около 5 см в толщину.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Крайне редко встречающееся самородное железо, которое ошибочно считать чистым, не имеет какой-либо промышленной ценности. Также очень редко его находят в сплавах аварюста и жозефинита.

От метеоритного самородное железо отличает относительно низкое содержание никеля, достигающее 2 %. Содержание кобальта доходит до 0,3 %, меди – до 0,4 % и платины – до 0,1 %. Также металл отличает низкая углеродистость.

В случаях, когда руда в природе контактирует с углеродом при экстремальных температурах, из сплава может образовываться самородный чугун. В начале прошлого века на острове Русский геологом Александром Иностранцевым были открыты пласты самородного чугуна. Они залегали в нескольких десятках метров от поверхности в скальной породе на берегу моря. При бурении из скважины извлекли образцы природного сплава с содержанием 3,2 % углерода, 1,55 % кремния и 0,6 % марганца.

В земной коре самородное железо образуется в процессе застывания магмы. Восстановительные процессы с участием углерода приводят к его выделению из оксидов и сульфитов. По этой причине в полученных образцах металл нередко соседствует с когенитом – железоникелевым карбидом (Fe, Ni, Co)3C. Иностранцев предполагал, что к образованию чугуна привело соприкосновение расплавленной горной породы или кварцевого порфира с содержащим прослойки железной руды каменным углем.

Присутствие природной шихты, экстремальная температура и отсутствие контакта с воздухом привели к выделению оксида углерода и углеводородов, воздействие которых и превратило руду в самородки чугуна.

Уже давно люди стали искать ответ на вопрос о том, как получить чистое железо, и неплохо продвинулись в решении этой задачи. Какой же степени чистоты железа удалось достигнуть на современном производстве, ржавеет чистое железо или нет? Особо чистое карбонильное железо, полученное в наши дни, содержит мизерные 0,00016 % примесей, что в 4,5 тысячи раз ниже этого показателя в знаменитом Делийском столбе с содержанием примесей 0,28 %.

Первое, что поражало людей в колонне, сотни лет стоящей в Дели, ее устойчивость к коррозии во влажном климате. Получается, что сделать чистое железо человек пытался еще 1 600 лет назад.

Свойства технически чистого железа

Первым делом следует определить само понятие технической чистоты. Сегодня технически чистое железо является наиболее свободным от примесей.

Технически чистой принято называть низкоуглеродистую сталь, не содержащую легирующих добавок. Общее содержание примесей, включая углерод (не более 0,02 %), в таком металле не должно превышать 0,008–0,1 %. Это и есть ответ на вопрос о том, чистым ли веществом является такое железо или же смесью.

Технически чистое железо, или ARMCO Pure Iron, очень пластично, хорошо проводит электрический ток и отличается высокой коррозионной стойкостью. Этот металл нашел широкое применение в металлургии, приборостроении, электротехнике, медицине и многих других областях.

Благодаря низкому удельному сопротивлению, высокой индуктивности при намагничивании и высокой устойчивости к размагничиванию технически чистое железо используют при изготовлении компонентов магнитопроводов, реле, сердечников и проволоки для обмотки катушек электродвигателей, генераторов и другой электротехники.

ТЧЖ – наиболее чистый металл, полученный в современной металлургии, с содержанием железа до 99,92 % отличается:

малой коэрцитивной силой,
отличными магнитными свойствами,
высокой проводимостью,
стойкостью к коррозии,
пластичностью,
хорошей свариваемостью.

Сталь ARMCO Pure Iron, проходящая при выплавке очистку, отличается максимальной однородностью, крайне низким содержанием кислорода, полным отделением шлаков. Для того чтобы улучшить магнитные свойства ТЧЖ, его отжигают при +900 °С и постепенно охлаждают при +600 °С. Термообработка в вакуумной печи или защитной среде из инертного газа дает возможность предотвратить окисление металла.

Отжиг уменьшает внутреннее термическое напряжение, укрупняет зерна в структуре металла и снижает их суммарную площадь, что позволяет избежать образования микродефектов. Кроме того, термообработка облегчает дальнейшие работы с металлом и замедляет структурное старение.

Применение технически чистого железа ARMCO

ТЧЖ ARMCO Pure Iron, впервые полученное более века назад, в наши дни по-прежнему служит базовым компонентом в металлургии. Без него не обходится большинство сортов нержавеющей, кислотостойкой и жаростойкой стали и магнитных сплавов. Технически чистое железо служит шихтой при выплавке многих видов легированной стали, материалом для заготовок монет.

Этот металл используют в электротехнической промышленности, из него изготавливают:

Сердечники, полюсные наконечники и якоря в машинах постоянного тока.
Защитные экраны МРТ и рентгеновских аппаратов.
Детали асинхронных двигателей.
Провода обмоток электромагнитов, электродвигателей, катушек индуктивности, реле постоянного тока и т. д.
Магнитные устройства.

Из ТЧЖ также производят специальную химически стойкую посуду, антикоррозионные шайбы для клемм, уплотнители и прокладки для работающих в агрессивной среде устройств.

Как получают самое чистое железо на производстве

По технологии выработки различают карбонильное и электролитическое технически чистое железо:

Для получения карбонильного железа пентакарбонил железа подвергают температурному разложению с последующим восстановлением в водороде.
Изготовление электролитического железа происходит путем очистки в расплаве солей. Его выпускают в виде порошка или кусков. Марки 005 и 008 ЖР изготавливают с применением продуктов прямого восстановления руды.

В отличие от карбонильного ТЧЖ, содержащего относительно большое количество углерода, в состав чистого железа, полученного с помощью электролиза, входит не более 0,05 % примесей.

При сравнительном химическом анализе ТЧЖ, полученного перечисленными выше способами, получаем следующие усредненные показатели:

Окалина металла

Что это такое? Окалина металла – это, по сути, оксид железа, который образуется во время проката или любой другой термической обработки. Несмотря на то, что никакими ценными свойствами данный продукт окисления не обладает, его используют как сырье для получения железа путем проведения восстановительных процедур.

Как удалить? Таким образом, сразу после обработки детали окалину необходимо убрать. Для этого есть несколько подходов в зависимости от структуры образования. Некоторые типы удаляются легко обдувом, для других нужны специальные устройства.

Механизм образования окалины

В ходе взаимодействия с кислородом воздуха и окисления при горячем прокате на его поверхности образуется окалина. Помимо окислов железа, она может содержать оксиды иных элементов. Как показывает анализ, окалина металла содержит 55–80 % оксида железа (II) и 20–50 % оксида железа (III), и в ней содержится примерно 66–69 % чистого железа.

В сплавах с добавлением хрома в окалине обнаруживается до 1 % оксида хрома (III). В стали, легированной никелем, в ней может содержаться несколько сотых долей процента оксида никеля. Эти окислы содержатся в окалине в количествах, зависящих от режима обработки и химического состава стали.

Окисление стали состоит из двух параллельных процессов: диффузии атомов кислорода от поверхностных слоев вглубь и встречного проникновения металла наружу сквозь оксидный слой.

При нагреве сплава происходит диффузия растворяющегося в окалине железа в ее наружные слои. Как правило, оно диффундирует со скоростью, превышающей скорость проникновения кислорода. Соответственно, отсутствует сплошная зона контакта продукта окисления со сталью. Слой окалины на металле, состоящий из оксида железа (II) имеет пористое строение.

Окалина, образующаяся на горячекатаной стали, проявляет свое неблагоприятное воздействие различными путями. Если продукт окисления недостаточно тщательно удалять с заготовок, это приводит к их развальцовке. В результате после прохождения прокатного стана прокат может иметь дефекты поверхности, снижающие его качество.

Негативное влияние окалины сказывается как на внешнем виде, так и на механических свойствах стали. На избавление от окислов уходит много времени и трудозатрат, что отрицательно отражается на себестоимости готового проката. При развальцовке окалина проникает во внутреннюю структуру металла заготовок, снижая пластичность, долговечность и т. д.

Твердость и прочность вторичной окалины превышает соответствующие показатели материала вальцов стана. Контакт с ней вызывает ускоренный износ деталей. Образующиеся после развальцовки на поверхностях проката окислы снижают качество последующей обработки, включая такие операции, как цинкование, нанесение лакокрасочных покрытий и т. д.

Окалина образуется на прокате в течение всего процесса прокатки металла, это могут быть заготовки, полуфабрикаты или готовый продукт прокатки. В зависимости от того, на каком этапе процесса произошло ее образование, окалина может быть первичной или вторичной.

Формирование первичной или печной окалины происходит во время разогрева металлических заготовок в печах. На свойства и объемы образующегося при нагреве стали слоя окислов влияют временной и температурный режимы обработки и атмосфера, в которой происходит нагревание. Образование вторичной окалины обусловлено паузами в процессе обработки изделий.

На качественные и количественные показатели оказывают влияние химический состав, свойства металла, температура и продолжительность задержек между операциями в ходе технологического процесса. Важно заметить, что наиболее негативно на качестве проката сказываются печные окислы, образующиеся при нагреве стали в окислительной среде.

Разогревая сплав в печи, следует добиваться такого режима, при котором минимизируются формирование окалины и ее прилипание к металлу, что позволит в ходе последующей обработки легко удалить ее с поверхности.

Образующиеся на поверхности углеродистых сталей чешуйки окалины слабо держатся и хорошо удаляются при нагревании в среде окислителя (кислород в концентрации 5–10 %). Ударные воздействия, которыми сопровождается выдача заготовок из печи с последующей укладкой на рольганги, обычно избавляют такой металл от слоя окислов.

Иначе обстоит дело с малоуглеродистыми легированными сталями. На их поверхности окалина держится особенно прочно.

Для очистки заготовок из нержавеющей стали необходимо разогревать их в печах со слабо окисленной атмосферой. Нагрев в среде восстановителей или в нейтральной атмосфере не обеспечивает нужных условий для удаления окалины.

Структура окалины металла

Объединенные одним термином – железная окалина, смеси окислов железа, формирующиеся в ходе взаимодействия раскаленного металла с кислородом воздуха, – включают магнетит Fe3O4, гематит Fe2O3 и вюстит FeО. Окисел составляют два слоя, которые легко отделить друг от друга. Когда их толщина в сумме не превышает 40 нм, такую окалину на металле невозможно разглядеть без специальной оптики.

Если суммарная толщина двух пластов находится в диапазоне от 40 до 500 нм, присутствие окисла выдает радужный отлив. При толщине выше 500 нм окалина проявляет себя постоянным окрасом поверхности.

Гематит, формирующий внешний слой, имеет высокую твердость (около 1 030 единиц по Виккерсу) и крайне низкую растворимость в кислоте. Нехватка кислорода приводит к образованию под верхним слоем более мягкого и также почти нерастворимого в кислоте магнетита. Непосредственно с основным металлом соприкасается слой рыхлого и мягкого вюстита, легко удаляющегося механически или при травлении кислотой.

В зависимости от интенсивности нагрева при обработке заготовок толщина слоев может меняться. При температуре выше +570 °С окалина приобретает четкую трехслойную структуру. При дальнейшем нагревании растет толщина вюститного слоя. Когда обработка происходит при температуре ниже этого порога, большую часть объема окисла занимают слои магнетита и гематита.

Окалина металла сочетает в себе хрупкость с твердостью, что оказывает негативное влияние на свойства готового проката при наличии ее включений в структуре. Несмотря на то, что формирующие окалину окислы железа химически нейтральны и не подвержены дальнейшему окислению при контакте с кислородом, их невозможно использовать как защитное покрытие из-за указанных недостатков.

При скалывании оксидного слоя на обнажившихся участках металл начинает усиленно коррозировать, что связано с разностью потенциалов между основным металлом и слоем окислов. Готовый прокат необходимо максимально тщательно очищать от окислов железа.

Способы удаления окалины металла

Для очистки поверхности от окалины применяют три основных способа. Механическое очищение осуществляется пропусканием заготовок через ролики, обработкой дробью и другими абразивами. В первом случае металл подвергают скручиванию, изгибанию, растяжению или иным деформациям, которые позволяют избавиться от большей части чешуек окалины. Это черновая очистка, предполагающая в дальнейшем дополнительную обработку.

Эффективны методы, основанные на ударном воздействии дроби, песка и других абразивных частиц на окалину. Другая разновидность механической очистки подразумевает применение микрорезцового инструмента, шлифовальных кругов и т. п.

Для очистки проката от окалины с помощью химических методов металл протравливают в кислотных, щелочных или солевых растворах. Большую роль здесь играет состав окисла и его растворимость в кислоте. Относительно высока растворимость вюстита (FeО), тогда как магнетит (Fe3O4) растворяется крайне плохо, а гематит (Fe2O3O) и вовсе нерастворим. Существуют химический и электрохимический методы травления.

При обработке в серной кислоте происходит выделение водорода, который проникает в сплав, вызывая водородную хрупкость, ухудшая физические характеристики и создавая проблемы при дальнейшей обработке заготовок. Чтобы снизить такое негативное воздействие, стальные изделия требуют длительной выдержки после очистки либо сушки с нагреванием.

Для предотвращения разъедания основного металла после удаления чешуек железной окалины в кислой среде необходимо применять специальные добавки, ингибирующие окисление. Важно помнить, что при нагревании рабочего раствора процесс разрушения железных сплавов ускоряется.

При обработке изделий раствором соляной кислоты действуют аналогичные закономерности. Выгодно такую технологию отличает то, что нет необходимости повышать температуру рабочей среды. Кроме того, нагрев свыше +40 °С ведет к выделению хлороводородных соединений. При травлении также происходит образование хлористых солей железа. Очистка металла от окалины раствором соляной кислоты более эффективна и меньше насыщает сплав водородом.

Использование электрохимических методов позволяет значительно ускорить процесс и избежать возникновения водородной хрупкости стали, существенно снизив при этом количество затраченного на травление раствора. Различают анодную, катодную и смешанную технологии.

Выбирать методику обработки следует, исходя из химического состава сплава, назначения изделий, параметров последующей обработки и ряда других показателей.

Применение окалины металла

Многолетний опыт мастеров кузнечного дела показал, что металл с тонким слоем окалины лучше сопротивляется коррозии. В наши дни одним из наиболее популярных видов обработки оружейных стали остается воронение – особый вид пассивации с созданием тонкой оксидной пленки. Меняя параметры обработки и толщину покрытия, можно добиваться различных оттенков внешнего слоя.

Весовая доля прокатной окалины составляет до трех процентов от общей массы готового проката. Такие оксиды используют как сырье в металлургии, так как в них содержится до 75 % железа. Чаще всего эти отходы прокатного производства подвергают очистке и восстановлению, получая из них сталь с низким процентным содержанием углерода.

Нередко разновидности окалины применяются в качестве красящих пигментов и успешно используются строителями. Кроме того, из железного порошка, получаемого из оксидов железа, готовят самонагревающиеся смеси для металлургии и производства продуктов питания.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: